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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Cryogen- bzw. Tieftemperaturkühlvorrichtung und
insbesondere auf eine Tieftemperaturkühlvorrichtung die imstande
ist, eine Temperatureinstellung auszuführen, und zur Verwendung mit
einer Kryopumpe, einem supraleitenden Magneten, einer Tieftemperaturmessvorrichtung,
einer einfachen Verflüssigungsvorrichtung
oder Ähnlichem
geeignet ist.
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HINTERGRUND
DER TECHNIK
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Im
Allgemeinen umfasst eine Tieftemperaturkühlvorrichtung Folgendes: eine
Kühleinheit
vom Expansions-Typ, die ein Wärmesammlungsmaterial
beinhaltet und einen Arbeitsraum bzw. eine Expansionskammer besitzt,
die innerhalb der Kühlvorrichtung
angeordnet ist; und eine Kompressoreinheit, die einen Kompressorhauptkörper enthält. Die
Kühleinheit
ist innerhalb einer Vorrichtung oder einem Container installiert,
der auf eine extrem niedrige Temperatur gekühlt werden soll. Dann wird
eine Hochdruckkühlgas,
das durch die Kompressoreinheit erhalten wird, der Kühleinheit
zugeführt,
wo das Hochdruckkühlgas
durch das Wärmesammlungsmaterial
gekühlt
und dann expandiert wird, gefolgt vom Ausführen eines weiteren Kühlungsschritts.
Nachfolgend wird ein Niederdruckkühlgas an die Kompressoreinheit
zurückgegeben,
wodurch ein Kühlzyklus
gebildet und auf diese Weise eine extrem niedrige Temperatur durch
Wiederholen des derartigen Kühlzykluses
erreicht wird.
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Wenn
eine derartige Kühlvorrichtung
verwendet wird, um eine Temperatureinstellung auszuführen, wird
herkömmlicher
Weise eine elektrische Heizvorrichtung in der Kühleinheit vorgesehen, um eine
thermische Last einzufügen
und um auf diese Weise die Temperatureinstellung auszuführen.
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Wenn
jedoch die Heizvorrichtung in einem Umfeld extrem niedriger Temperaturen
verwendet wird, ist die Zuverlässigkeit
gering, was zu einer geringen Isolierung führt, die ein elektrisches Leck
verursacht und folglich einige Probleme, wie beispielsweise ein
Notabschalten aufgrund eines derartigen elektrischen Lecks.
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Als
ein weiteres Verfahren, wie in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung
Nr.
2000-121192 offenbart,
ist es ferner vorstellbar, dass ein Wechselrichter die Drehzahl
eines Kompressorhauptkörpers
steuert, um eine Gasmenge einzustellen, um dadurch die Temperatureinstellung
herbeizuführen.
Obwohl dieses Verfahren effektiv ist, wenn eine einzelne Kühleinheit
durch eine einzelne Kompressoreinheit betrieben wird, bestand das
Problem, wenn eine Vielzahl von Kühleinheiten durch eine oder
mehr Kompressoreinheiten betrieben werden, dass es unmöglich war,
die Temperatureinstellung der entsprechenden Kühleinheiten auszuführen.
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Darüber hinaus
bestand in dem Fall, wo eine Vielzahl von Kühleinheiten durch eine oder
mehr Kompressoreinheiten betrieben wird, da die Ventilzeitsteuerung
beim Anfang jeder Kühleinheit
nicht verändert
wird, das Problem, dass eine Unregelmäßigkeit zwischen den Strömungsraten
der Gase auftrat, die in die entsprechenden Kühleinheiten strömten (wenn
sich die Einlasszeiten überschnitten,
floss mehr Gas in die Kühleinheiten,
deren Einlass früher auftrat),
was eine Unregelmäßigkeit
zwischen den Kühlfähigkeiten
der Kühleinheiten
verursachte.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde getätigt, um
die oben beschriebenen herkömmlichen
Probleme zu lösen,
und ihr erstes Ziel ist es, es möglich
zu machen, eine Temperatur durch einen Temperatursteuermechanismus
einzustellen, der in einem Raumtemperaturbereich vorgesehen ist.
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Ein
zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unregelmäßigkeit
zwischen Kühleinheiten
zu beseitigen, wenn eine Vielzahl von Kühleinheiten durch eine oder
mehr Kompressoreinheiten betrieben wird.
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Ein
drittes Ziel der Erfindung ist es, den Stromverbrauch zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung hat das obige erste Ziel durch Aufweisen des
Folgenden erreicht: in einer Tieftemperaturkühlvorrichtung, die zwischen
einer Leistungsquelle und einem Motor zum Antrieb eines Einlass-/Auslassventils,
das eine Einlass-/Auslass-Zykluszeit einer Kühleinheit steuert, vorgesehen ist,
Mittel zum Variieren einer Frequenz des Motors zum Antrieb eines
Einlass-/Auslassventils; einen Temperatursensor zum Detektieren
einer Temperatur einer thermischen Lasteinheit der Kühleinheit;
und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel zum Variieren
der Frequenz des Motors zum Antrieb eines Einlass-/Auslassventils
gemäß einem
Ausgabesignal des Temperatursensors.
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Ferner
sind in dem Fall, wo eine Vielzahl von Kühleinheiten durch einen oder
mehr Kompressoreinheiten betrieben wird, Kühleinheiten gebildet, die die
oben erwähnten
Mittel verwenden, wodurch das obige zweite Ziel erreicht wird.
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Darüber hinaus
hat die vorliegende Erfindung das obige dritte Ziel durch Verwenden
einer Kompressoreinheit in einer Tieftemperaturkühlvorrichtung erreicht, wobei
die Kompressoreinheit Folgendes aufweist: Mittel, die zwischen einer
Leistungsquelle und einem Kompressorhauptkörpermotor der Kompressoreinheit
vorgesehen sind, zum Variieren einer Frequenz des Kompressorhauptkörpermotors;
einen Hochdrucksensor, der an einem Hochdruckkühlmittelrohr angebracht ist,
das einen Auslass des Kompressorhauptkörpers mit einem Kühlmittelversorgungsanschluss
der Kühleinheit
verbindet; einen Niederdrucksensor, der an einem Niederdruckkühlmittelrohr
angebracht ist, das einen Einlass des Kompressorhauptkörpers mit
einem Kühlmittelabgabeauslass
der Kühleinheit
verbindet; eine Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel zum Variieren der
Frequenz des Kompressorhauptkörpermotors gemäß Ausgabesignalen
des Hochdrucksensors und Niederdrucksensors; sowie durch Bilden
der Kühlvorrichtung
unter Verwendung einer Vielzahl von Kühleinheiten und einer oder
mehr Kompressoreinheiten.
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Darüber hinaus
hat die vorliegende Erfindung das obige dritte Ziel erreicht durch
Verwenden einer Kompressoreinheit in einer Tieftemperaturkühlvorrichtung,
wobei die Kompressoreinheit Folgendes aufweist: Mittel, die zwischen
einer Leistungsquelle und einem Kompressorhauptkörpermotor der Kompressoreinheit
vorgesehen sind, zum Variieren einer Frequenz des Kompressorhauptkörpermotors;
einen Differenz- bzw. Differentialdrucksensor, der zwischen einem
Hochdruckkühlmittelrohr,
das einen Auslass des Kompressorhauptkörpers mit einem Kühlmittelversorgungsanschluss
der Kühleinheit
verbindet, und einem Niederdruckkühlmittelrohr, das einen Einlass des
Kompressorhauptkörpers
mit einem Kühlmittelabgabeauslass
der Kühleinheit
verbindet, vorgesehen ist; eine Steuervorrichtung zum Steuern der
Mittel zum Variieren der Frequenz des Kompressorhauptkörpermotors
gemäß einem
Ausgabesignal des Differentialdrucksensors; sowie durch Bilden der Kühlvorrichtung,
die eine Vielzahl von Kühleinheiten und
eine oder mehr Kompressoreinheiten verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine Kryopumpe vor, dadurch gekennzeichnet,
dass sie die Kühleinheit
oder die Tieftemperaturkühlvorrichtung
umfasst, wodurch das obige erste Ziel als auch die obigen zweiten
und dritten Ziele erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine Kryopumpe vor, dadurch gekennzeichnet,
dass sie Folgendes aufweist: einen Temperatursensor zum Detektieren
einer Temperatur bei irgendeiner optionalen Position einer Kryoplatte
der Kryopumpe; und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel
zum Variieren der Frequenz des Motors, der das Einlass-/Auslassventil
antreibt, das die Einlass/Auslasszykluszeit der Kühleinheit
gemäß einer
Ausgabe des Temperatursensors regelt, wodurch das obige erste Ziel
als auch die obigen zweiten und dritten Ziele erreicht werden.
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Zusätzlich sieht
die vorliegende Erfindung einen supraleitenden Magneten vor, dadurch
gekennzeichnet, dass er die oben erwähnte Kühleinheit oder die oben erwähnte Tieftemperaturkühlvorrichtung umfasst,
wodurch das obige erste Ziel als auch die obigen zweiten und dritten
Ziele erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner einen supraleitenden Magneten
vor, dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes aufweist: einen Temperatursensor
zum Detektieren einer Temperatur irgendeiner optionalen Position
des supraleitenden Magneten; und eine Steuervorrichtung zum Steuern
der Mittel zum Variieren der Frequenz des Motors, der das Einlass-/Auslassventil
antreibt, das die Einlass/Auslasszykluszeit der Kühleinheit
gemäß einer
Ausgabe des Temperatursensors regelt (managt), wodurch das obige
erste Ziel als auch die obigen zweiten und dritten Ziele erreicht
werden.
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Zusätzlich sieht
die vorliegende Erfindung eine Tieftemperaturmessvorrichtung vor,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die oben erwähnten Kühleinheiten
oder die oben erwähnten
Tieftemperaturkühlvorrichtungen
umfasst, wodurch das obige erste Ziel als auch die obigen zweiten
und dritten Ziele erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine Tieftemperaturmessvorrichtung
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist:
einen Temperatursensor zum Detektieren einer Temperatur irgendeiner
optionalen Position der Tieftemperaturmessvorrichtung; und eine
Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel zum Variieren der Frequenz
des Motors, der das Einlass-/Auslassventil antreibt, das die Einlass-/Auslasszykluszeit
der Kühleinheit
gemäß einer
Ausgabe des Temperatursensors leitet bzw. regelt, wodurch das obige
erste Ziel als auch die obigen zweiten und dritten Ziele erreicht
werden.
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Zusätzlich sieht
die vorliegende Erfindung eine einfache Verflüssigungsvorrichtung vor, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die oben erwähnte Kühleinheit
oder die oben erwähnte
Tieftemperaturkühlvorrichtung
umfasst, wodurch das obige erste Ziel als auch die obigen zweiten
und dritten Ziele erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine einfache Verflüssigungsvorrichtung
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist:
einen Temperatursensor zum Detektieren einer Temperatur irgendeiner
optionalen Position der einfachen Verflüssigungsvorrichtung; und eine
Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel zum Variieren der Frequenz
des Motors, der das Einlass-/Auslassventil antreibt, das die Einlass-/Auslasszykluszeit
der Kühleinheit
gemäß einer
Ausgabe des Temperatursensors leitet bzw. regelt, wodurch das obige
erste Ziel als auch die obigen zweiten und dritten Ziele erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine einfache Verflüssigungsvorrichtung
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: Flüssigkeitspegeldetektiermittel
innerhalb eines Flüssigkeitsspeichercontainers
der einfachen Verflüssigungsvorrichtung;
und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Mittel zum Variieren
der Frequenz des Motors, der das Einlass-/Auslassventil antreibt,
das die Einlass-/Auslasszykluszeit der Kühleinheit gemäß einer
Ausgabe der Flüssigkeitspegeldetektiermittel
regelt, wodurch das obige erste Ziel als auch die obigen zweiten
und dritten Ziele erreicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Cryogen- bzw. Tieftemperaturkühlvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen einer Leistung des ersten
Ausführungsbeispiels
und dem Stand der Technik zeigt;
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3 ist
ein Rohrleitungsdiagramm, das den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein Rohrleitungsdiagramm, das den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Rohrleitungsdiagramm, das den Aufbau eines vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine schematische Aufbauansicht einer Kryopumpe, die ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
eine schematische Aufbauansicht eines supraleitenden Magneten, der
ein sechstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8 ist
eine schematische Aufbauansicht einer Tieftemperaturmessvorrichtung,
die ein siebtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 ist
eine schematische Aufbauansicht einer einfachen Verflüssigungsvorrichtung,
die ein achtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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10 ist
eine schematische Aufbauansicht, die einen Fall zeigt, in dem Flüssigkeitspegelindikatoren
in den einfachen Verflüssigungsvorrichtungen verwendet
werden, was ein neuntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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BESTER MODUS
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail mit Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, ist, wie in 1 gezeigt,
durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf den Fall gebildet,
wo die Temperatur einer eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 einer
Kühleinheit 10 einer
zweistufigen G-M-(Gifford-McMahon)-Zykluskühlvorrichtung angepasst wird.
Im Detail weist das erste Ausführungsbeispiel
Folgendes auf: einen Wechselrichter 22, der zwischen einer
Leistungsquelle 20 und einem Motor 14 zum Antreiben
eines Einlass-/Auslassventils vorgesehen ist, das die Einlass/Auslasszykluszeit
der Kühleinheit 10 regelt,
einen Temperatursensor 24 zum Detektieren der Temperatur
der eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11,
die ein thermischer Lastteil der Kühleinheit 10 ist,
und eine Steuervorrichtung 26 zur Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung
der Ausgabefrequenz des Inverters bzw. Wechselrichters 22 ansprechend
auf die Ausgabe des Temperatursensors 24. In der Zeichnung
stellt das Bezugszeichen 12 eine eine zweite Stufe bildende
Niedertemperatureinheit der Kühleinheit 10 dar.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
die Ausgabefrequenz des Wechselrichters 22 durch die Steuervorrichtung 26 ansprechend
auf die Temperatur der eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 geregelt,
die durch den Temperatursensor 24 detektiert wird, wodurch
die Einlass-/Auslasszykluszeit der Kühleinheit 10 durch
den Einlass-/Auslassventilantriebsmotor 14 angepasst wird.
Wenn die Temperatur der eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 niedriger
als ein Zielwert ist, ist es demgemäß möglich, die Temperatur der eine
erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 durch
Erhöhen
der Einlass/Auslasszykluszeit der Kühlvorrichtung zu erhöhen. Wenn
die Temperatur der eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 höher als
ein Zielwert ist, ist es andererseits möglich, die Temperatur der eine
erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit 11 durch
Verringern der Einlass-/Auslasszykluszeit der Kühlvorrichtung zu reduzieren.
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2 zeigt
eine Veränderung
der Temperatur (bezeichnet als Erststufentemperatur) der eine erste
Stufe bildenden Niedertemperatureinheit, wenn eine Last auf 15 W,
5 W und 0 W verändert
wird. Wenn die Drehzahl einer Kühlvorrichtung
bei 72 UpM, wie im Stand der Technik, festgelegt ist, ändert sich
die Erststufentemperatur mit abnehmender Last von 100,9 K auf 65
K, 45 K, wie durch eine gestrichelte Linie in der Darstellung gezeigt.
Unterschiedlich davon kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn die Drehzahl der Kühlvorrichtung auf 42 UpM bei
einer Last von 5 W verringert wurde, und auf 30 UpM bei einer Last
von 0 W, die Erststufentemperatur bei einem im Wesentlichen konstanten
Wert von 100 K gehalten werden, wie in der Darstellung durch eine durchgezogene
Linie gezeigt ist.
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Als
nächstes
wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
ist, wie in 3 gezeigt, durch Anwenden der
vorliegenden Erfindung auf den Fall gebildet, wo eine einzelne Kompressoreinheit 30 verwendet
wird, um die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C von
drei zweistufigen G-M-Zykluskühlvorrichtungen
zu betreiben. Ähnlich zu
dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C mit
den Wechselrichtern 22A, 22B und 22C,
den Temperatursensoren 24A, 24B und 24C als
auch mit den Steuervorrichtungen 26A, 26B bzw. 26C vorgesehen.
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Da
jede Kühleinheit
eine Einlass-/Auslasszykluszeit in einer Art und Weise steuern,
so dass die Temperatur der eine erste Stufe bildenden Niedertemperatureinheit
einen Zielwert erreichen kann, ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
möglich,
eine Unregelmäßigkeit
zwischen diesen Kühleinheiten
zu beseitigen.
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Als
nächstes
wird ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
wird, wie in 4 gezeigt, durch Anwenden der
vorliegenden Erfindung auf den Fall gebildet, wo einen einzelne
Kompressoreinheit 30 verwendet wird, um die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C der
drei zweistufigen G-M-Zykluskühlvorrichtungen
zu betreiben. Ähnlich
zu dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C mit
den Wechselrichtern 22A, 22B und 22C,
den Temperatursensoren 24A, 24B und 24C als
auch mit den Steuervorrichtungen 26A, 26B bzw. 26C vorgesehen.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
weist ferner das Folgende auf: einen zweiten Wechselrichter 40,
der zwischen der Leistungsquelle 20 und der Kompressoreinheit 20 vorgesehen
ist; Drucksensoren 42 und 44, die auf einer Hochdruckgasleitung 32 und
einer Niederdruckgasleitung 34 vorgesehen sind, die beide
als beide als Antriebsgasrohrleitungen dienen und die Kompressoreinheit 30 mit
den entsprechenden Kühleinheiten 10A, 10B und 10C verbinden;
und eine zweite Steuervorrichtung 46, die einen Differentialdruck
zwischen dem Hochdruckgas und dem Niederdruckgas gemäß den Ausgabesignalen
der Drucksensoren 42 und 44 berechnet und eine Ausgabefrequenz
des zweiten Wechselrichters 40 steuert, wodurch die Drehzahl
des Kompressors als auch der Differentialdruck angepasst werden.
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Da
die Kühlfähigkeiten
der Kühlvorrichtungen
von dem Differentialdruck zwischen dem Hochdruckgas und dem Niederdruckgas
abhängen,
wird der Differentialdruck in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zunächst
bei einem konstanten Wert durch die Ausgaben der Drucksensoren 42 und 44 gesteuert.
Da die Kühleinhei ten,
die eine geringe thermische Last besitzen, derart konfiguriert sind, dass
ihre Einlass-/Auslasszykluszeitn durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C verlängert werden,
ist es zu diesem Zeitpunkt möglich,
die Gasströmungsrate
zu verringern und das Gas auf eine erforderliche Temperatur einzustellen.
Obwohl die Gasmengen, die in die Kühleinheiten fließen, abnehmen werden
und auf diese Weise der Differentialdruck dazu neigt anzusteigen,
da die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 30 aufgrund
des Wechselrichters 40 abnehmen wird, so dass der Differentialdruck
konstant gehalten werden kann, ist es zu diesem Zeitpunkt möglich, den
gesamten Stromverbrauch zu reduzieren.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist es nicht nur möglich,
die Temperatur der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühlvorrichtungen
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten zu
beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten Wechselrichter 40 zu
verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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Als
nächstes
wird ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
ist, wie in 5 gezeigt, durch Anwenden der
vorliegenden Erfindung auf den Fall gebildet, wo eine einzelne Kompressoreinheit 30 verwendet
wird, um die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C der
drei zweistufigen G-M-Zykluskühlvorrichtungen
zu betreiben. Ähnlich zu
dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C mit
den Wechselrichtern 22A, 22B und 22C,
den Temperatursensoren 24A, 24B und 24C als
auch mit den Steuervorrichtungen 26A, 26B bzw. 26C vorgesehen.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
ist ferner mit dem Folgenden vorgesehen: einem zweiten Wechselrichter 40,
der zwischen der Leistungsquelle 20 und der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist; einem Differentialdrucksensor 48, der zwischen einer Hochdruckgasleitung 32 und
einer Niederdruckgasleitung 34 vorgesehen ist, die beide
als eine Betätigungsgasrohrleitung
dienen und die Kompres soreinheit 30 mit den Kühleinheiten 10A, 10B und 10C verbinden;
und eine zweite Steuervorrichtung 46, die die Ausgabefrequenz
des zweiten Wechselrichters 40 gemäß einem Ausgabesignal des Differentialdrucksensors 48 steuert,
wodurch die Drehzahl der Kompressoreinheit 30 als auch
der Differentialdruck angepasst werden.
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Da
die Kühlfähigkeiten
der Kühlmaschinen von
dem Difterentialdruck zwischen dem Hochdruckgas und dem Niederdruckgas
abhängen,
wird der Differentialdruck in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zunächst
bei einem konstanten Wert durch die Ausgaben des Differentialdrucksensors 48 gesteuert. Da
die Kühleinheiten,
die eine geringe thermische Last besitzen, derart konfiguriert sind,
dass ihre Einlass-/Auslasszykluszeiten durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C verlängert werden,
ist es zu diesem Zeitpunkt möglich,
die Gasströmungsrate
zu verringern und das Gas auf eine erforderliche Temperatur einzustellen.
Obwohl die Gasmengen, die in die Kühleinheiten fließen, abnehmen
werden und auf diese Weise der Differentialdruck dazu neigt anzusteigen,
da die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 30 aufgrund
des Wechselrichters 40 abnehmen wird, so dass der Differentialdruck
konstant gehalten werden kann, ist es zu diesem Zeitpunkt möglich, den gesamten
Stromverbrauch zu reduzieren.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist es nicht nur möglich,
die Temperatur der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühlvorrichtungen
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten zu
beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten Wechselrichter 40 zu
verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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6 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel in
dem die vorliegende Erfindung auf Kryopumpen angewendet wurde. Die
Zeichnung zeigt tatsächlich eine
Anwendung des dritten Ausführungsbeispiels der
Erfindung auf Kryopumpen, wobei die gleichen Teile den gleichen
Aufbau und die gleichen Funktionen besitzen, wie die in der 4 gezeigten,
wobei sie mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt sind und die übereinstimmenden
Beschreibungen weggelassen werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellen
die Bezugszeichen 50A, 50B und 50C Pumpencontainer
dar, an denen die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C angebracht
sind, während 52A, 52B und 52C Kammern
darstellen, die beispielsweise in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung
entleert werden können.
Die Temperatursensoren 24A, 24B und 24C müssen nicht
wirklich notwendiger Weise an den erststufigen und zweitstufigen,
thermischen Lastteilen der Kühleinheiten
angebracht werden, sondern können
an irgendwelchen erwünschten
Positionen der Kryoplatten der Kryopumpen angebracht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, möglich, nicht
nur die Temperaturen der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühleinheiten
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten
zu beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten
Wechselrichter 40 zu verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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Obwohl
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Kryompumpen und die Kühleinheiten
miteinander in einer Eins-zu-Eins-Beziehung kombiniert werden, ist
es zufälliger
Weise für
das vorliegende Ausführungsbeispiel
auch möglich,
auf ein System angewendet zu werden, in dem eine Vielzahl von Kühleinheiten
mit einer einzelnen Kryopumpe verwendet wird. Darüber hinaus
ist es möglich,
hierin das erste Ausführungsbeispiel,
das zweite Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
anzuwenden.
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7 zeigt
ein sechstes Ausführungsbeispiel,
in dem die vorliegende Erfindung auf supraleitende Magneten angewendet
wurde. Die Zeichnung zeigt tatsächlich
eine Anwendung des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung auf supraleitende Magneten, wobei die gleichen Teile
den gleichen Aufbau und die gleichen Funktionen besitzen, wie die
in der 4 gezeigten, wobei sie mit den gleichen Bezugszeichen
dargestellt sind und die übereinstimmenden Beschreibungen
weggelassen werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellen
die Bezugszeichen 60A, 60B und 60C supraleitende
Magneten dar, an denen die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C angebracht
sind, während 62A, 62B und 62C beispielsweise
kernmagnetische Resonanzabbildungsvorrichtungen (MR-Bilddarstellung) darstellen.
Die Temperatursensoren 24A, 24B und 24C müssen nicht
notwendiger Weise an den erststufigen und zweitstufigen, thermischen
Lastteilen der Kühleinheiten
angebracht werden, sondern können an
irgendeiner erwünschten
Position der supraleitenden Magneten angebracht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, möglich, nicht
nur die Temperaturen der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühleinheiten
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten
zu beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten
Wechselrichter 40 zu verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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Obwohl
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die supraleitenden Magneten und die Kühleinheiten miteinander in
einer Eins-zu-Eins-Beziehung kombiniert werden, ist es zufälliger Weise
für das
vorliegende Ausführungsbeispiel
auch möglich, auf
ein System angewendet zu werden, in dem eine Vielzahl von Kühleinheiten
mit einem einzelnen supraleitenden Magneten verwendet wird. Darüber hinaus
ist es möglich,
hierin das erste Ausführungsbeispiel,
das zweite Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
anzuwenden.
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Obwohl
die obige Beschreibung MR-Bilddarstellung, die im medizinischen
Gebiet verwendet wird, beschrieben hat, kann die vorliegende Erfindung
auch auf supraleitende Magneten (wie beispielsweise MCZ) angewendet
werden, die in einem nicht-medizinischen Gebiet verwendet werden.
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8 zeigt
ein siebtes Ausführungsbeispiel, in
dem die vorliegende Erfindung auf Tieftemperaturmessvorrichtungen
angewendet wurde. Die Zeichnung zeigt tat sächlich eine Anwendung des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung auf Tieftemperaturmessvorrichtungen, wobei die gleichen
Teile den gleichen Aufbau und die gleichen Funktionen besitzen,
wie die in der 4 gezeigten, wobei sie mit den gleichen
Bezugszeichen dargestellt sind und die übereinstimmenden Beschreibungen
weggelassen werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellen
die Bezugszeichen 70A, 70B, 70C Tieftemperaturmessvorrichtungen
dar (z. B. eine Röntgenbeugungsmessvorrichtung,
eine Lichtdurchlässigkeitsmessvorrichtung,
eine Photolumineszenzmessvorrichtung, eine Supraleitermessvorrichtung,
eine Hall-Effekt-Messvorrichtung
etc.), an denen die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C angebracht
sind. Die Temperatursensoren 24A, 24B und 24C müssen nicht
notwendiger Weise an den erststufigen oder zweitstufigen thermischen
Lastteilen der Kühleinheiten
angebracht sein, sondern sie können
an irgendwelchen erwünschten
Teilen der Messvorrichtungen für
extrem niedrige Temperaturen angebracht werden.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist es, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben,
möglich,
nicht nur die Temperaturen der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühleinheiten
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten zu
beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten Wechselrichter 40 zu
verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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Obwohl
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Tieftemperaturmessvorrichtung und die Kühleinheiten miteinander in
einer Eins-zu-Eins-Beziehung kombiniert werden, ist es zufälliger Weise
für das
vorliegende Ausführungsbeispiel
auch möglich, auf
ein System angewendet zu werden, in dem eine Vielzahl von Kühleinheiten
mit einem einzelnen supraleitenden Magneten verwendet wird. Darüber hinaus
ist es möglich,
hierin das erste Ausführungsbeispiel,
das zweite Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
anzuwenden.
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9 zeigt
ein achtes Ausführungsbeispiel, in
dem die vorliegende Erfindung auf einfache Verflüssigungsvorrichtungen angewendet
wurde. Die Zeichnung zeigt tatsächlich
eine Anwendung des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung auf einfache Verflüssigungsvorrichtungen,
wobei die gleichen Teile den gleichen Aufbau und die gleichen Funktionen
besitzen, wie die in der 4 gezeigten, wobei sie mit den
gleichen Bezugszeichen dargestellt sind und die übereinstimmenden Beschreibungen
weggelassen werden.
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In
der vorliegenden Erfindung stellen die Bezugszeichen 80A, 80B und 80C Flüssigkeitsspeichercontainer
dar, an denen die Kühleinheiten 10A, 10B und 10C angebracht
sind, während 82A, 82C und 82B Gasleitungen
darstellen. Die Temperatursensoren 24A, 24B und 24C müssen nicht
notwendiger Weise an den erststufigen oder zweitstufigen thermischen
Lastteilen der Kühleinheiten
angebracht sein, sondern sie können
an irgendwelchen erwünschten
Teilen der einfachen Verflüssigungsvorrichtungen
angebracht werden.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist es, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben,
möglich,
nicht nur die Temperaturen der entsprechenden Kühlvorrichtungen durch die Wechselrichter 22A, 22B und 22C,
die in den entsprechenden Kühleinheiten
vorgesehen sind, einzustellen und eine Unregelmäßigkeit zwischen den Kühleinheiten zu
beseitigen, sondern auch den Stromverbrauch durch den zweiten Wechselrichter 40 zu
verringern, der in der Kompressoreinheit 30 vorgesehen
ist.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist es anstelle der Verwendung der Temperatursensoren 24A, 24B und 24C möglich, Flüssigkeitspegelsensoren 28A, 28B und 28C in
den Flüssigkeitsspeichercontainern 80A, 80B und 80C zu
installieren und einer Steuerung gemäß den Ausgaben der Flüssigkeitspegelsensoren
vorzunehmen, wie in einem neunten Ausführungsbeispiel in 10 gezeigt
ist, wodurch der gleiche Effekt erzielt wird, wie in dem dritten
Ausführungsbeispiel.
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Obwohl
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die einfachen Verflüssigungsvorrichtungen und
die Kühleinheiten
miteinander in einer Eins-zu-Eins-Beziehung kombiniert werden, ist
es zufälliger
Weise für
das vorliegende Ausführungsbeispiel
auch möglich,
auf ein System angewendet zu werden, in dem eine Vielzahl von Kühleinheiten
mit einem einzelnen supraleitenden Magneten verwendet wird. Darüber hinaus
ist es möglich,
hierin das erste Ausführungsbeispiel,
das zweite Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
anzuwenden.
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Obwohl
jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigt, dass
die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, um zweitstufige G-M-Zykluskühlvorrichtungen
zu steuern, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige
Anwendung beschränkt,
und es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in ähnlicher
Weise angewendet werden kann, um die Temperatur der Kühlmaschine
im Allgemeinen zu steuern (wie beispielsweise eine einstufige G-M-Zykluskühlvorrichtung,
eine dreistufige G-M-Zykluskühlvorrichtung,
eine modifizierte Solvy-Zykluskühlvorrichtung,
eine Kühlvorrichtung
vom Impulsrohr-Typ etc.). Darüber
hinaus ist der Mechanismus zum Leiten der Einlass-/Auslasszykluszeit
nicht auf einen Motor zum Antrieb eines Einlass-/Auslassventils
beschränkt.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Da
der Wechselrichter und die Steuervorrichtung, die einen Temperatursteuermechanismus
konstituieren, in einem Raumtemperaturbereich sind, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Temperatur einer Kühlvorrichtung
durch ein Verfahren einzustellen, das eine höher Zuverlässigkeit besitzt als das, das
einen elektrische Heizvorrichtung, vorgesehen in einer Niedertemperatureinheit,
verwendet. Selbst wenn eine Vielzahl von Kühleinheiten durch eine oder
mehr Kompressoreinheiten betrieben wird, ist es darüber hinaus
immer noch möglich, die
Temperaturen der entsprechenden Kühleinheiten einzustellen, wodurch
eine Unregelmäßigkeit
zwischen den Kühleinheiten
beseitigt wird.
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Insbesondere,
wenn eine Wechselrichtersteuerung der Kompressoreinheit beinhaltet
wird, ist es für
das System möglich,
die Drehzahl des Kompressors einzustellen, um eine optimale Gasströmungsrate
zu erhalten, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Inverter bzw. Wechselrichter ist zwischen einer Leistungsquelle
und einem Motor zum Antrieb eines Einlass-/Auslassventils vorgesehen,
das die Einlass/Auslasszykluszeit einer Kühleinheit regelt, während die
Ausgabefrequenz des Wechselrichters gemäß einer Ausgabe eines Temperatursensors
gesteuert wird, der die Temperatur der thermischen Lasteinheit der
Kühleinheit
detektiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperaturen der
entsprechenden Kühlvorrichtungen
mit einem Verfahren einzustellen, das eine hohe Zuverlässigkeit
besitzt, ohne eine elektrische Heizvorrichtung zu verwenden.